CN109500187A - 一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法。该方法包括：将钛合金薄板放置在成形工装的下模和上模之间，所述下模为具有球缺型凹槽的硬质金属结构，所述球缺型凹槽用于成形钛合金超薄球缺型零件的半球形壳体结构，所述上模为具有预定厚度的中硬型聚氨酯软模，在所述上模的厚度方向开有阶梯通孔，所述阶梯通孔位于所述球缺型凹槽的正上方；对所述上模进行冲压，在压力作用下，所述钛合金薄板与所述上模贴合并随其朝所述下模凹陷变形，在所述下模的球缺型凹槽中胀形出与其匹配的半球形壳体结构；在成形出具有半球形壳体结构的钛合金超薄球缺型零件后，将所述上模卸压并恢复原状，从下模中取出成形的钛合金超薄球缺型零件，对零件进行退火。

Description

一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法

技术领域

本发明涉及钛合金成形技术领域，特别是涉及一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法。

背景技术

金属膜盒贮箱是一种新型航天贮箱，其材料为钛合金材料，钛零件以其比强度高、耐腐蚀、抗氧化等特点广泛应用于航空、航天领域。可以实现推进剂特别是氧化剂的长期贮存，具有密封性好，加注贮存期长、质心稳定、不产生晃动适应性广、能够采用热燃气增压等特点。

其顶部可实现翻转的钛合金超薄球缺型零件为金属膜片。金属膜片作为金属膜盒贮箱中关键部件，金属膜片的寿命直接影响飞行器的寿命，金属膜片为超薄半球形壳体结构，材料为钛合金,零件厚度仅为0.15mm，要求实现多次翻转。工作时，在外部气压作用下金属膜片从边缘处开始翻转，挤压液体燃料将其排出，为外部装置提供驱动力。

对于此类钛合金高性能球缺型零件，目前采用钛合金常规成形方法成形的零件不能满足该种零件的要求。该类零件的成形方法目前国内还处于探索阶段。

目前，对于此类钛合金零件，成形方法主要为冷成形和热成形。由于钛合金是不易成形、强度高的金属采用冷成形方法冲压，冷态状态成形回弹较大且易开裂和起皱。采用热成形方法热成形过程中钛合金的强度会降低，经过试验无法满足性能要求，成形成本高、效率低，无法实现零件多次翻转的要求，在翻转过程中发生破裂的概率较高。目前采用常规钛合金成形方法成形出的零件不能满足该类零件的要求。

因此，发明人提供了一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法，解决了现有技术成形的钛合金高性能超薄球缺性零件易起皱开裂，且无法满足强度要求的问题。

本发明的实施例提出了一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法，该方法包括：

将钛合金薄板放置在成形工装的下模和上模之间，所述下模为具有球缺型凹槽的硬质金属结构，所述球缺型凹槽用于成形钛合金超薄球缺型零件的半球形壳体结构，所述上模为具有预定厚度的中硬型聚氨酯软模，在所述上模的厚度方向开有阶梯通孔，所述阶梯通孔位于所述球缺型凹槽的正上方；

对所述上模进行冲压，在压力作用下，所述钛合金薄板与所述上模贴合并随其朝所述下模凹陷变形，在所述下模的球缺型凹槽中胀形出与其匹配的半球形壳体结构；

在成形出具有半球形壳体结构的钛合金超薄球缺型零件后，将所述上模卸压并恢复原状，从下模中取出成形的钛合金超薄球缺型零件，对零件进行退火。

进一步地，在将钛合金薄板放置在成形工装的下模和上模之间的步骤前，还需对所述钛合金薄板两侧均匀喷涂石墨，用于在成形过程中均匀润滑。

进一步地，所述下模和所述上模的扣合端面均为平面，所述下模的端面中心设计为球缺型凹槽的模型槽，相应地，所述阶梯通孔设在所述上模的中心。

进一步地，所述上模的阶梯孔靠近与下面的扣合端面为小孔，远离扣合端面为大孔。

进一步地，所述阶梯孔的大孔直径为2mm-16mm，小孔直径为0.3mm-2.5mm。

进一步地，所述下模采用邵氏75～80的聚氨酯，厚度范围在60mm～80mm之间。

进一步地，所述钛合金薄板的厚度为0.1mm～0.25mm。

进一步地，所述钛合金超薄球缺型零件的高度为15mm-40mm。

综上，本发明的钛合金超薄球缺型零件的成形方法，设计了成形工装的下模和上模，下模采用具有球缺型凹槽的硬质金属结构作为阴膜，上模采用中硬型聚氨酯软模作为阳膜，通过上模的软模挤压钛合金薄板，在下模的球缺型凹槽中成形出与之匹配的钛合金超薄球结构，成形出了高性能超薄球缺型零件，解决了常规冷成形易开裂和起皱的问题。此外，通过上模的阶梯孔通气，解决了成形后由于上模回缩易产生形变的问题。本发明的方法简化了成形工装的模具结构，成品率高，实现了超薄球缺形零件的批量制造，有效缩短制造周期，减少生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种超薄球缺型零件示意图。

图2是采用本发明实施例方法应用场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了等同修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

为解决钛合金高性能超薄球缺性零件成形的技术难题，本发明提供了一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法，采用该方法可以成形出可实现多次翻转的钛合金高性能超薄球缺型零件，成形工装模具分为上下模，上模为带有阶梯孔的中硬型聚氨酯软模，下模为成形凹模。参见图2所示。成形前需对板料均匀喷涂石墨，在成形过程中起到均匀润滑效果。采用该方法及工装对超薄钛合金板料成形，可解决冷态成形时产生的开裂和起皱。传统软模成形回缩会使超薄球缺型零件产生形变。

参见图1和图2所示，本发明实施例提供了一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法。该方法至少包括以下步骤S110～步骤S130：

步骤S110，将钛合金薄板放置在成形工装的下模和上模之间，所述下模为具有球缺型凹槽的硬质金属结构，所述球缺型凹槽用于成形钛合金超薄球缺型零件的半球形壳体结构，所述上模为具有预定厚度的中硬型聚氨酯软模，在所述上模的厚度方向开有阶梯通孔，所述阶梯通孔位于所述球缺型凹槽的正上方。

步骤S120，对所述上模进行冲压，在压力作用下，所述钛合金薄板与所述上模贴合并随其朝所述下模凹陷变形，在所述下模的球缺型凹槽中胀形出与其匹配的半球形壳体结构。

步骤S130，在成形出具有半球形壳体结构的钛合金超薄球缺型零件后，将所述上模卸压并恢复原状，从下模中取出成形的钛合金超薄球缺型零件，对零件进行退火。

在步骤S110前，还需对钛合金薄板两侧均匀喷涂石墨，用于在成形过程中均匀润滑。

具体地，本发明方法中的下模和上模的扣合端面均为平面，所述下模的端面中心设计为球缺型凹槽的模型槽，相应地，所述阶梯通孔设在所述上模的中心。上模的阶梯孔靠近与下面的扣合端面为小孔，远离扣合端面为大孔，阶梯孔的大孔直径为2mm-16mm，小孔直径为0.3mm-2.5mm。下模采用邵氏75～80的聚氨酯，厚度范围在60mm～80mm之间。本发明的方法适用于厚度为0.1mm～0.25mm的钛合金薄板，用于成形高度为15mm-40mm的钛合金超薄球缺型零件。

需要说明的是，阶梯孔的孔径与球缺型凹槽形状相关，根据加工的球缺型零件匹配相应的球缺型凹槽型面，即根据加工的球缺型零件直径大小对应调整孔大小，本发明适用球缺形零件的直径范围在100mm-300mm.该方法适应于球缺形零件的其高度范围为直径的0.3倍至0.5倍之间。

本发明中聚氨酯上模设计有阶梯孔作为气孔，可以有效解决软模成形回缩时使超薄球缺型零件产生形变的问题。阶梯孔的打孔位置为聚氨酯中心。经过翻转试验，采用该方法成形的如图1所示的金属膜片可以实现多次翻转，对于超薄球缺型零件，既保证了不开裂、不起皱，又使零件具有高性能，保证了成品率，简化了模具结构，减少生产成本，缩短生产周期。该种方法尤其可以应用在钛合金超薄球缺型零件的成形。

本发明在工程中的实际应用参见如下实施例的步骤：

1、按上述方案制造成形工装，选择中硬性聚氨酯作为成形工装的上模，采用硬质金属的实体结构作为下模；

2、对钛合金薄板两侧均匀喷涂石墨，；

3、将钛合金薄板放置在上、下模之间；

4、在模具固定在冲压设备上，在固定时聚氨酯上模上方的阶梯气孔不能被堵塞；

5、开启冲压设备，冲床滑块下行时，上下模合拢，上下模形成封闭型腔，然后下模受压变形将钛合金薄板的板料胀形出零件形状，冲压时压力约为30Mpa；

6、进行保压，时间约为10s；

7、冲床滑块上行，聚氨酯的上模解除压力恢复原状，从下模的球缺型凹槽中轻轻取出成型后的超薄球缺形零件。

8、对零件进行退火，提高强度。

需要说明的是，本发明中的上模/下模可以是由多块结构组成的结构，也可以是一体式的整体结构，本发明对此不做限制。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种钛合金超薄球缺型零件的成形方法，其特征在于，所述成形方法包括：

将钛合金薄板放置在成形工装的下模和上模之间，所述下模为具有球缺型凹槽的硬质金属结构，所述球缺型凹槽用于成形钛合金超薄球缺型零件的半球形壳体结构，所述上模为具有预定厚度的中硬型聚氨酯软模，在所述上模的厚度方向开有阶梯通孔，所述阶梯通孔位于所述球缺型凹槽的正上方；

对所述上模进行冲压，在压力作用下，所述钛合金薄板与所述上模贴合并随其朝所述下模凹陷变形，在所述下模的球缺型凹槽中胀形出与其匹配的半球形壳体结构；

在成形出具有半球形壳体结构的钛合金超薄球缺型零件后，将所述上模卸压并恢复原状，从下模中取出成形的钛合金超薄球缺型零件，对零件进行退火。

2.根据权利要求1所述的钛合金超薄球缺型零件的成形方法，其特征在于，在将钛合金薄板放置在成形工装的下模和上模之间的步骤前，还需对所述钛合金薄板两侧均匀喷涂石墨，用于在成形过程中均匀润滑。

3.根据权利要求1所述的钛合金超薄球缺型零件的成形方法，其特征在于，所述下模和所述上模的扣合端面均为平面，所述下模的端面中心设计为球缺型凹槽的模型槽，相应地，所述阶梯通孔设在所述上模的中心。

4.根据权利要求3所述的钛合金超薄球缺型零件的成形方法，其特征在于，所述上模的阶梯孔靠近与下模的扣合端面为小孔，远离扣合端面为大孔。

5.根据权利要求4所述的钛合金超薄球缺型零件的成形方法，其特征在于，所述阶梯孔的大孔直径为2mm-16mm，小孔直径为0.3mm-2.5mm。

6.根据权利要求1所述的钛合金超薄球缺型零件的成形方法，其特征在于，所述下模采用邵氏75～80的聚氨酯，厚度范围在60mm～80mm之间。

7.根据权利要求1所述的钛合金超薄球缺型零件的成形方法，其特征在于，所述钛合金薄板的厚度为0.1mm～0.25mm。

8.根据权利要求1或7所述的钛合金超薄球缺型零件的成形方法，其特征在于，所述钛合金超薄球缺型零件的高度为15mm-40mm。